LiFePO4材料的制备和电池性能的研究.pdfVIP

维普资讯 第20卷 第3期 无 机 材 料 学 报 V01．20．No．3 2005年 5月 JournalofInorganicMaterials May，2005 文章编号：1000—324x(2oo5)oa一0666—05 LiFePO4材料的制备与电池性能的研究 卢俊彪，唐子龙，张中太，沈万慈 (清华大学材料系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京100084) 摘 要：通过固相法合成了裂解碳包覆的具有亚微米球形颗粒团簇微结构的LiFePO4粉体材 料．材料中裂解碳百分含量为5．01％，一次颗粒粒径在200~600nm，团簇体粒径在 10#m左右． 在0．1、0．2、0．5和 1C的充放电速率下，研究了材料的比容量和循环稳定性的变化．当充放 电速率1C时，随着充放电速率的增大，材料的充放电平台和比容量并不随速率的增大而发 生较大变化，当充放电速率 1C时，材料的充放电电压平台迅速升高 (充电)或降低 (放电)，比 容量也有较大的降低；随着充放电次数的增加，材料的比容量有所增加，然后趋于稳定．在30 个循环后材料的放电比容量分别为：131．7、129．1、123．5和114．4mAh／g． 关 键 词：锂离子电池；正极材料；LiFePO4；造粒 中图分类号：TM911 文献标识码：A 1引言 在锂离子电池正极材料中，LiFePO4材料具有便宜、无毒、不吸潮、环境相容性好、矿 藏丰富、比容量较高 (理论容量为170mAh／g，能量密度为550Wh／kg)、稳定性好等特点 【 ， 是一种颇具潜力的正极替代材料，受到各国科研工作者的普遍关注．但是 目前也存在很多 缺点，比如LiFePO4电导率低、锂离子扩散速度小、充放电电流密度小以及充放电时间长的 问题 【引．目前这种电极材料的制备方法最常用的为固相合成法，由于该合成方法存在合 成温度较高，粒径分布大，颗粒粗大等缺点，而不能完全解决材料固有的局限性 [9~12]．本 文通过预合成LiFePO4后，向材料中加入高分子物质PVA进行造粒的方法，在材料中引入 碳黑，并且改变材料的微观结构，从而获得可在较高的充放电速率下保持 良好电化学性能 的LiFePO4粉体材料． 2 实验 实验中用的试剂分别为Fe(CO2)22·H20(自制)、Li2CO3(AR)和NH4H2PO4(AR)．首先将 三种原料用无水乙醇作为介质，球磨6h．烘干后，在氮气气氛中400。C下保温12h预合成， 然后取出用5wt％的PVA溶液造粒．造粒后装入氧化铝小舟中通入氮气进行气氛合成．合 成温度为700。C，保温 16h，然后随炉冷却至室温．整个过程中氮气流速为0．3L／min． 收稿日期：2004—04—19，收到修改稿日期：2004—07—12 基金项目：国家自然科学基金 清华大学基础研究基金 (JC2003040) 作者简介：卢俊彪 (1976一)，男，博士研究生．E—mail：ljb01@mails．tsinghua．edu．cn 维普资讯 3期 卢俊彪，等：LiFePO4材料的制备与电池性能的研究 667 在氩气气氛的手套箱中封装电池．正极由75％的活性物质、17％乙炔黑、8％聚偏氟 乙烯 (PVDF)组成．混合物溶解于Ⅳ．甲基吡咯烷酮中，均匀地涂覆于铝箔上，在 120。C下 于真空中干燥4h，然后在辊压机上压平．将薄膜冲成 lcm 大小的圆片，作为备用电极， LiFePO4含量为3、8mg．cm 左右；电解液采用 lmol／LLiPF6的EC：DMC(I：I)(MERCK公 司)混合液；隔膜采用Celgard2400；金属锂片作为负极． 热分析采用热重 ．差热分析仪 (TG—DTA)，由x射线粉末衍射仪 (RigakuD／maxⅢB) 确定最终产物的相组成．用扫描电子显微镜和透射电镜观察其微观形貌和碳包覆情况．用 LAND2001A?贝4试系统表征材料的电化学性能．充放电电压范围